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A critical analysis of Shuryak’s Predictive Radiocarcinogenesis Model
(2024) Heumann Schröder, Nicolás Matthias; Sánchez Nieto, Beatriz; Espinoza Bornscheuer, Ignacio Guillermo; Pontificia Universidad Católica de Chile. Instituto de Física
Objective: To critically analyze, simplify and implement a predictive radiocarcinogenesis model to estimate the risk of secondary cancer after RT which can effectively compare different radiotherapy treatment plans with the aim of having an additional element of information during the decision-making process for the best RT plan.Methodology: A Python software was developed that was able to implement the model proposed by Shuryak et al. (2009). Simplifications and minor corrections were made which allowed for more compactness and more efficient run times. The model was then reparametrized with newer data from the Surveillance, Epidemiology, and End Results Program (SEER) database and several epidemiological studies using Bayesian Inference. Uncertainty propagation studies were then conducted to understand their propagation better. Finally, the model with its new parameters was applied to a selection of prostate plans to determine if it could construct a risk hierarchy.Results: The model was successfully reparametrized with newer data. Although some parameters show significant deviation from Shuryak’s original parameters, they are mostly on the same order of magnitude, and the differences arise likely due to differences in fitted data and the fitting process itself. Shuryak’s model successfully built a risk hierarchy between prostate plans, although it deviated from the more simplistic linear non-threshold BEIR VII model. It was also possible to simplify some complex mathematical equations, both in general and for particular cases, allowing for easier implementation and more efficient run times.Conclusions: Shuryak’s model was successfully reparametrized and implemented, showing potential to become clinically applicable. However, more comparisons between the model’s result and epidemiological data must be made to evaluate its accuracy better, and more concise and complete second primary cancer studies must be used before the model is reliable enough for clinical decision-making.
A search for substructures near the Galactic plane and bulge using RR Lyrae stars as tracers
(2024) Cristi Cambiaso, Nicolas Eduardo; Catelan, Márcio; Zoccali, Manuela; Pontificia Universidad Catolica de Chile. Faculty of Physics. Institute of Astrophysics
Usando estrellas pulsantes de tipo RR Lyrae, hacemos una búsqueda de subestructuras Galácticas ("stellar streams" y cúmulos globulares) en la región del plano Galáctico. Construimos una muestra de estrellas RR Lyrae con valores de distancia y metalicidades. Estudiamos esta muestra con un algoritmo de "clustering" para encontrar grupos de estrellas cercanas y con propiedades similares. Mediante esta búsqueda, recuperamos estructuras conocidas y encontramos posibles nuevas estructuras.
A study of the vascular effect of photodynamic therapy with oxygen variation on chorioallantoic membrane model
(2022) Aizpuru Vargas, Luis Lauro; Buzzá, Hilde Harb; Pontificia Universidad Católica de Chile. Facultad de Física
Chicken chorioallantoic membrane (CAM) assays have been proven to be very effective models to study the impact of chemical and biological agents on its vascular network. The study of pharmaceutical drugs, xenografts and photosensitizers on these assays are current areas of research. In particular, the use of photodynamic therapy (PDT) has been shown to induce a significant decrease in both the diameter and number of blood vessel ramifications of the CAM. Given that molecular oxygen is so important for the effectiveness of this therapy, it opens the possibility of testing bio-compatible photosynthetic microalgae capable of locally producing oxygen. Even though there is ample evidence of the use of bio-compatible microalgae in scaffolds for wound recovery, there is little to no research done on the combination of microalgae and PDT in CAM essays. In this thesis work, we present a study that explores how microalgae, PDT and the combination of these two change the vascularization of the CAM. Throughout this experiment, the photosensitizer that was used was methylene blue whilst the microalgae that was used was Chlamydomonas reinhardtii. In order to perform the quantitative measurements, an image analysis software allowed us to count the number of bifurcation points. Firstly, four groups were defined to study how the PDT at different days of embryonic development (EDD) might change blood vessel ramifications. These groups were defined as control, only light, only methylene blue and the PDT groups. It was found that after 24 hours, for EDD8, the ramifications for the PDT case dropped by 40% whilst for EDD10 they dropped by 60% with light at 630 nm with 30 mW/cm2 for 5 minutes. Second, it was explored how illuminated microalgae might possibly increase the vascular networks with the same light parameters. It was found that after 24 hours for EDD8 the network grew by 30% and for EDD10 it grew by 20%. Moreover, the combination of a photosensitizer and microalgae was studied to analyze if it might change the effectiveness of the PDT. It was found after 24 hours that for all the explored permutations for both EDD8 and EDD10 all the eggs were dead, showcasing the effect of an oxygen-enriched PDT. Given that the effect was way to strong, the methylene blue solution was diluted by a factor of x10 (0.03 mg of MB/mL) to see if this resulted in a measurable effect on the eggs for the combination case. Indeed, it was found that the decrease from the baseline ramification levels was 30% for the PDT and 60% for the oxygen enhanced PDT. The novel element of this work was that it was one of the first to explore the possibility of creating an oxygen-rich PDT in a CAM assay. This showed that it is possible to combine microalgae and a photosensitizer in a way that enhances the effectiveness of the PDT. This might translate into the possibility of employing this technique in an in-vivo trail with mice or other mammals to guarantee its safety. In conclusion, we found that illuminated photosynthetic microalgae raises the effectiveness of PDT in the vascular network of CAM assays.
Aplicación de Análisis Armónico Para la Estimación de los Autovalores del Laplaciano
Cádiz Carvajal, Rodrigo Esteban; Benguria Donoso, Rafael; Pontificia Universidad Católica de Chile. Instituto de Física
En este trabajo se comienzan analizando dominios elípticos Ω para observar cómo se comportan dos conjeturas abiertas relacionando la distancia al origen de la variedad nula N(Ω) y el segundo autovalor del laplaciano de Dirichlet asociado a Ω. En este sentido, se encuentran expresiones analíticas para la variedad nula y para la distancia al origen k(Ω). A partir de lo anterior, se estudia cómo la excentricidad de las elipses influye en las conjeturas, en particular, cuando se consideran excentricidades cercanas a uno, donde se tienen resultados para grandes deformaciones de un disco. Como parte de este análisis, y para determinar los autovalores del laplaciano de Dirichlet, se estudia brevemente las propiedades del operador de Mathieu y su conexión con la ecuación de Schrödinger con potencial V(x)=4x^2, pero se da énfasis al análisis de la ecuación de Mathieu y la ecuación de Hill, donde se investigan las propiedades de las ecuaciones diferenciales periódicas. En esta misma línea, se cuenta con un estudio de las condiciones de borde del problema, y se implementa un programa en Python para determinar numéricamente los autovalores. En consecuencia, se obtiene información numérica que representa evidencia numérica fuerte que respalda la segunda conjetura. Para continuar, se estudia una extensión del estudio de las conjeturas a espacios de curvatura constante distinta de cero, donde destacan la n-esfera S^n, y el espacio hiperbólico H^n. Se encuentra que la compacidad de S^n no permite encontrar la variedad nula, y para esto es necesario estudiar el espacio H^n. En el estudio de H^n, se cuenta con una descripción de dos modelos de trabajo, para hacer énfasis en el modelo de la esfera de Poincaré, especializando para el caso n=3. En este espacio, se trabaja con una bola geodésica, donde se determina la variedad nula y el segundo autovalor de Laplace--Beltrami mediante el método de Shooting, para encontrar que se pierde la intuición acerca de cómo luce la segunda conjetura en este espacio, pudiendo escribirla de una forma modificada. Finalmente, se estudian perturbaciones de una esfera unitaria en R^3, donde se analizan tres casos de forma perturbativa, y se concluye que es necesario contar con un método de análisis alternativo para obtener información.
Axionic quantum criticality of generalized Weyl semimetals
(2025) Malavé, Gabriel; Soto Garrido, Rodrigo; Pontificia Universidad Católica de Chile. Facultad de Física
In this work, we capture the quantum criticality of interacting generalized Weyl semimetals residing at the brink of axionic insulation. We do this by formulating a general field-theoretic description of $d$-dimensional interacting nodal semimetals featuring dispersion that scales with linear and $n$th power of momentum along $d_L$ and $d_M$ directions around a few isolated points in the reciprocal space. A suitable renormalization group scheme is controlled by ``small" parameters $\varepsilon=2-d_M$ and $1/N_f$, where $N_f$ is the number of identical fermion copies. The leading order renormalization group analysis suggests a Gaussian nature of the underlying quantum phase transition, around which the critical exponents assume mean-field values. This outcome agrees with previous results for simple Weyl semimetals ($d_L=3$ and $d_M=0$), and implies that marginal Fermi liquids showcase logarithmic corrections to physical observables at the scales of measurements.
Caracterización de cristales no lineales y su uso en la caracterización de pulsos ultracortos
(2022) Hidalgo Rojas, Diego Mauricio; Seifert, Birger; Pontificia Universidad Católica de Chile. Instituto de Física
Los cristales no lineales se usan ampliamente en la óptica no lineal y en la caracterización de pulsos. Estos cristales no lineales suelen ser materiales birrefringentes, ya que su anisotropía óptica da mayor facilidad para obtener altas eficiencias en fenómenos como la conversión de armónicos, por ejemplo, generación del segundo armónico y del tercer armónico. Durante bastante tiempo se han estudiado y utilizado cristales inorgánicos u orgánicos, siendo los primeros los más comunes en el comercio. No obstante, existe un nuevo material que debido a su gran respuesta no lineal teórica es un buen candidato para ser un cristal no lineal ideal, capaz de ser ajustado en su composición para mejorar la eficiencia en ciertas longitudes de ondas, estos cristales son los “metal-organic framewroks” MOFs, los cuales son cristales híbridos que poseen en su estructura iones metálicos unidos con ligandos orgánicos. Los cristales no lineales se han utilizado en varios experimentos, uno de estos es la caracterización de pulsos ultracortos. Esto abrió un área que parecía estancada por la imposibilidad de obtener, desde la electrónica, la información completa de un pulso. Con los cristales no lineales se comienzan a utilizar fenómenos no lineales en diferentes métodos para obtener una señal y reconstruir el pulso en base a ésta, lo que se conoce como problema inverso. En esta tesis se muestran dos investigaciones relacionadas por el uso de cristales no lineales. Primero se estudia un MOF sintetizado en la Universidad de Santiago de Chile llamado Zn(3 − ptz)2. El tamaño de las muestras resultan ser mayores a 1 mm dando la posibilidad de estudiar tanto la birrefringencia como la generación del segundo armónico de manera precisa y sin métodos que utilicen polvos, esto es, estudiando muestra por muestra de manera individual. De esta forma fuimos capaces de caracterizar lineal y no linealmente el cristal, coincidiendo con varios resultados calculados teóricamente. Además, se muestra por primera vez en cinco años de estudios, la generación del tercer armónico en este cristal. La segunda investigación se basa en el uso de un cristal no lineal comercial en la caracterización de pulsos ultracortos con un método no interferométrico y usando un algoritmo directo, dando mayor rapidez en la obtención de los resultados, se reconstruyeron pulsos complejos generados con un “pulse shaper” obteniendo errores menores al 1 %. De esta forma, no solo hemos caracterizado un nuevo cristal no lineal de gran tamaño, si no que además hemos reconstruido pulsos utilizando un cristal no lineal comercial.
Correcciones termoeléctricas en el modelo sigma lineal
(2023) Rojas Díaz, Cristóbal Emilio; Loewe Lobo, Marcelo Patricio; Pontificia Universidad Católica de Chile. Instituto de Física
Esta tesis consistió en la realización de cálculos correctivos a la autoenergía en el modelo sigma lineal acoplado con un campo eléctrico constante, para dos bosones en particular, el sigma y el pion neutro. Para dichos cálculos se consideró la corrección eléctrica y posteriormente electrotérmica, por lo que sólo se tomó en cuenta el efecto del loop fermiónico y del tadpole bosónico correspondiente al efecto de los piones cargados del modelo. Estos cálculos se obtuvieron en el régimen de campo débil, por lo que se expandió el propagador en series de potencias en E, correspondiente a la intensidad de campo eléctrico hasta orden E2 . Para temperatura cero se utilizó parámetros de Feynman y el programa de Mathematica para resolver las integrales que quedaron en función de dichos parámetros. Por otro lado en el caso de temperatura finita, se usó el formalismo a tiempo imaginario para obtener una integral en tres dimensiones junto con las sumas de Matsubara correspondientes, que fueron resueltas mediante dos aproximaciones: estableciendo el momento externo igual a cero y luego el límite de alta temperatura para poder calcular las integrales, por lo que el resultado obtenido para el caso termoeléctrico será solo válido para altas temperaturas.
Cosmic inflation in modified models of gravity and an analysis on gravitational waves
(2021) Gamonal San Martín, Mauricio; Alfaro Solís, Jorge Luis; Pontificia Universidad Católica de Chile. Facultad de Física
This work comprises three different lines of research related to the study of cosmological inflation and the propagation of gravitational waves. In the first issue, we developed -for the first time in a systematic way- the slow-roll approximation for a single field inflaton within the framework of f(R,T) gravity, a modified model of gravity such that the Lagrangian is a function of the scalar curvature and the trace of the energy-momentum tensor. We obtained the modified slow-roll parameters and the spectral indices by choosing a minimal coupling between matter and gravity. We computed these quantities for several models and contrasted the predictions with the constraints of the Planck data, obtaining corrections to the Starobinsky model. In the second line of research, we studied how a free Lorentz-valued bosonic 0-form coupled to Einstein-Cartan gravity's action can be considered the inflaton field. In this model, the interacting terms of the fields come directly from the torsionful contributions of the action. Hence, the inflationary dynamics can be extended so that we can define an effective potential that describes the evolution of the background fields. We found that for a particular combination of initial conditions, the model could adequately guarantee the slow-roll conditions over more than 55 e-folds. However, a more detailed analysis is required to confirm the viability of this inflationary scenario. Finally, we addressed a different problem related to the propagation of low-frequency gravitational waves coming from sources located at cosmological distances. Within the linearized regime of gravity, we performed a coordinate system transformation between a frame which origin is the source of gravitational waves and the comoving frame of the FLRW metric. Then, we studied the observational consequences in Pulsar Timing Arrays experiments, finding a non-trivial modification to the timing residual of pulsars that depends on the value of the Hubble constant.
Diferencias en la conectividad en rs-fMRI en las fases del ciclo menstrual
(2025) Kanno, Kaori; Cornejo, María Daniela; Pontificia Universidad Católica de Chile. Facultad de Física
Existe evidencia que cambios hormonales durante el Ciclo Menstrual pueden modular la conectividad cerebral. En particular, se ha estudiado cómo la conectividad en estado de reposo cambia a través del Ciclo Menstrual, con resultados dispares. En este contexto, es relevante continuar expandiendo esta área de estudios con mejores metodologías y cohortes de mayor tamaño. En este trabajo se analizaron los datos de rs-fMRI de 93 mujeres obtenidos de repositorio Human Connectome Project, para investigar los cambios que ocurren en la conectividad con la red por defecto DMN entre las fases menstrual, proliferativa y secretora en el Ciclo Menstrual. Para esto, se obtuvieron los mapas de conectividad mediante las métricas SBA, ReHo, ALFF, fALFF y DC. Se cuantificó la diferencia estadística entre estas métricas usando (t-test) entre las distintas fases, junto con correcciones por múltiples iteraciones mediante Monte Carlo. Se encontró mayor conectividad en la fase menstrual respecto a las fases proliferativa y secretora en las zonas de la Corteza Prefrontal Dorsolateral (DLPFC). Además, se encontró menores valores de conectividad para la fase menstrual con respecto a la secretora dentro de las áreas en la DMN. Estos resultados son consistentes y refuerzan otros reportes en la literatura. En particular, se expande la especificidad de las zonas en DLPFC y se utilizan más métricas de conectividad para confirmar estos resultados. Además, se reporta por primera vez menor conectividad dentro de DMN asociada a los cambios durante en Ciclo Menstrual. Este estudio refuerza la idea de que la conectividad funcional cerebral varía a lo largo del Ciclo Menstrual. Los hallazgos destacan la importancia de considerar variables hormonales en investigaciones neurocientíficas a futuro.
Dosimetría pre-tratamiento con dispositivos electrónicos de imagen portal (EPID)
(2022) López Espinoza, Analiz; Espinoza Bornscheuer, Ignacio Guillermo; Caprile Etchart, Paola F.; Pontificia Universidad Católica de Chile. Facultad de Física
Una de las principales ventajas de los dispositivos electrónicos de imagen portal (EPID) es que tienen una muy buena resolución espacial (0.25 mm/píxel). Si bien su uso fue primeramente para verificación del posicionamiento del paciente antes de su sesión de radioterapia, hoy en día es un elemento importante en la verificación de las dosis de tratamiento a ser administradas al paciente. El objetivo de este trabajo fue examinar las características dosimétricas de estos dispositivos, e implementar un modelo matemático que permita obtener dosis absorbida en un plano de un fantoma homogéneo de agua sólida, a partir de imágenes de transmisión de planes pre- tratamiento. Luego de una amplia búsqueda bibliográfica, se usó como referencia el trabajo de Wendling et al (2006), al cual se le agregaron las siguientes modificaciones: una corrección por sensibilidad de píxeles de la imagen PSM, el cálculo del factor de dispersión del paciente que llega al EPID y la ecuación del kernel de dispersión en el plano del fantoma homogéneo. Los resultados de dosis absorbida obtenidos fueron satisfactorios, con un error porcentual de 1.53% como máximo en el eje central, y en la comparación de perfiles de campos cuadrados (no modulados) pasaron el criterio Gamma del 3% de dosis y 3 mm en DTA en el 100% de puntos evaluados. Sin embargo, en la verificación de planes de tratamiento los resultados no fueron satisfactorios, pero nos permitió establecer las calibraciones físicas que deben realizarse al panel para utilizarlo con fines dosimétricos, no solo la dosimetría absoluta y relativa del haz de tratamiento, además de la importancia en la configuración correcta del modo de adquisición de imágenes para emplearlas con fines dosimétricos. Ya que los resultados para campos cuadrados tuvieron resultados aceptables, podemos sugerir que este modelo sirve para realizar controles de calidad diarios del linac donde, se emplean campos estáticos no modulados, con cierta UM y tasa de dosis fija.
Effects of stress in the growth of microbial biofilms
(2023) Medina Boyd, Ignacio; Düring, Gustavo; Pontificia Universidad Católica de Chile. Facultad de Física
In active matter physics, bacteria are considered active agents that grow and reproduce by division. Some bacterial strains attach to surfaces forming biofilms which exhibit complex spatial behavior, governed by the internal and external physical interactions and many biological factors. Studies have been made about the biomechanical interactions that arise in such systems, but due to the complexity of the biological mechanisms, few conclusions about the dynamics of growth and underlying physics have been drawn. In the present work, we propose a simplified two dimensional biophysical model to reduce to a minimum the number of factors that affect dynamics of the system. Using numerical methods, we explore the parameter dependence of our model, applying different boundary conditions to our numerical simulations. Internal stresses and velocities within the system show an exponential profile that defines zones of buckling and a steady front that propagates the biofilm towards unoccupied regions. By taking averages over ensembles of cells, we create a continuous description of the system and compare the continuous theory to the dynamics given by the numerical simulations. We conclude that the modelled biofilm dynamics, stresses and growth agree to the theoretical results, and the growing front presents a characteristic length defined by the interplay between dynamical viscosity and cell stiffness.
Electric fluctuations in a self interacting scalar theory
(2025) Villarreal, Melanie M.; Muñoz Tavera, Enrique; Loewe Lobo, Marcelo Patricio; Pontificia Universidad Católica de Chile. Instituto de Física
The aim of this project is to study the effects of a weak, noisy electric field in a complex scalar field theory, in the context of relativistic heavy-ion collisions experiments. The Schwinger scalar propagator is modified by stochastic fluctuations of the electric field, modeled as white noise. The perturbative expansion of the model is addressed by the means of the replica trick, finding the self energy and the vertex correction at one loop in order to study the renormalization group equations of the theory.
Espacio overspinning y singularidades en espacios BTZ
(2023) Briceño Catalán, Matías Sebastián Camilo; Bañados, Máximo; Martínez, Cristián; Pontificia Universidad Católica de Chile. Instituto de Física
En esta tesis se estudia el espacio Overspinning, solución a las ecuaciones de Einstein con constante cosmológica negativa (-1/ L^2) en 2+1 dimensiones tal que su momentum angular J sea mayor en módulo a su masa M, esto es, |J |> L |M| . Este espacio-tiempo comparte métrica con el agujero negro BTZ, pero al estar en otro rango de valores de (M,J) no posee horizonte de eventos, dando lugar a una singularidad desnuda. Se encontra su embedding sobre la pseudo esfera definida en R(2,2) al identificar puntos en la superficie. Se integran las ecuaciones de movimiento para sus geodésicas concluyendo que este espacio es geodésicamente incompleto. Con la estructura geodésica se muestra que este espacio es una solución razonable a las ecuaciones de Einstein, con una singularidad quasiregular. Además se estudia la singularidad presente en todos los espacios tipo BTZ a partir de las holonomías que la encierran. Se calculan sus holonomías sobre el espacio tangente ocupando una conexión de SO(2, 1) y luego las holonomías en la teoría de Chern-Simons equivalente ocupando una conexión de SO(2,2). Adicionalmente, se justifica la presencia de una fuente tipo delta de Dirac a partir de la existencia de holonomías no triviales en loops infinitesimales, dando una relación explícita entre estas. Por último, se exponen ideas no exploradas en este trabajo, que serán útiles para futuros trabajos.
Estimación de dosis a órganos periféricos en IGRT de próstata: dosimetría termoluminiscente en maniquí antropomórfico
(2022) Hernández Sánchez, Jessica; Sánchez Nieto, Beatriz; Pontificia Universidad Católica de Chile. Instituto de Física
La radioterapia (RT) tiene por objeto la entrega de la dosis prescrita al volumen tumor minimizando la dosis fuera de éste. Usualmente, durante la planificación del tratamiento, sólo se considera la dosis en órganos/estructuras muy cercanas al borde del campo de tratamiento con el objeto de minimizar efectos determinísticos. Sin embargo, no se considera el riesgo estocástico de inducción de un segundo cáncer, que podría generarse en cualquier parte del cuerpo, como consecuencia de la fuga y/o transmisión del haz de radiación en el cabezal del acelerador y/o dispersión en este último o en interior del paciente. La estimación de las dosis fuera del campo de tratamiento (especialmente en zonas muy alejadas de éste) es compleja y desconocemos la existencia de trabajos que hagan una estimación incluyendo la dosis de todo el proceso asociado a la RT que incluya radiaciones ionizantes. El objetivo de esta tesis fue estimar la dosis total a órganos fuera del campo de tratamiento por un cáncer de próstata mediante radioterapia (RT) guiada por imágenes (IGRT). Se consideraron todas las etapas de éste: a) tomografía computarizada (CT) para la planificación del tratamiento, b) verificación diaria del posicionamiento del paciente en el acelerador, previo al tratamiento, mediante un haz cónico de kilovoltaje (kvCBCT o CBCT) y c) la RT mediante una técnica de arcoterapia con modulación de intensidad (VMAT). La estimación de la dosis se realizó sobre un maniquí antropomórfico (ATOM 701-D) con alojamiento para 271 dosímetros termoluminiscentes (TLD) lo que permite el cálculo de la dosis depositada en 22 órganos radiosensibles. Tras cada exposición, los TLD-100 (con factores de sensibilidad individualizados) son retirados, leídos y su lectura transformada a dosis. El maniquí fue escaneado en un Siemens Biograph64 con el protocolo correspondiente a la planificación de un tratamiento de próstata. Adicionalmente se le aplicó el protocolo para adquisición de imagen con CBCT de una RT de próstata utilizando el acelerador lineal Elekta y finalmente la sesión de VMAT (75,6 Gy a isocentro en 42 sesiones). Estas dos últimas sólo se realizaron una vez pero para la estimación de la dosis total se tuvo en cuenta el número total de sesiones. La dependencia de la respuesta de los TLDs con la energía fue considerada en cada momento a través del modelo de respuesta de TLD-100 de Duggan et al.,2004, la variación del HVL en los ejes craneocaudal y anteroposterior en el haz de CBCT de kV y dos puntos de calibración (a 6MV de energía nominal en un linac y a una de 120 kV –HVL=6.141 mm Al). A partir de la dosis a órgano se estimó la dosis efectiva asociada al CT, a las 42 imágenes de CBCT y sesiones de RT. La dosis efectiva asociada a una examinación de CT de pelvis fue de 3.84 mSv, la dosis efectiva para las 42 adquisiciones de CBCT fue de 248.8 mSv y la dosis efectiva para un tratamiento de cáncer de próstata después de las 42 irradiaciones fue de 3.51E3 mSv. El riesgo de generación de un segundo cáncer asociado a todo el proceso considerado fue de un 1,4% en concordancia con estudios epidemiológicos.
Estudio de dosis y calidad de imagen en protocolos clínicos de tomografía computarizada
(2023) Muñoz Hernández, Isidora Sofia; Sánchez Nieto, Beatriz; Pontificia Universidad Católica de Chile. Facultad de Física
Objetivo: Cuantificar dosis a órgano y calidad de imagen en tres protocolos de adquisición de imágenes por CT usados en la clínica, para analizar la relación entre ambas magnitudes con vistas a una posible optimización de protocolos clínicos. Metodología: Con TLD-100, previamente calibrados y colocados en el maniquí antropomórfico ATOM se midió la dosis a órgano y se calculó la dosis efectiva en los protocolos de tórax-abdomen-pelvis, abdomen-pelvis y cerebro-cervical, considerando 3 variantes de dosis para cada protocolo, en el tomógrafo SIEMENS SOMATOM Definition AS de la Clínica Alemana de Santiago. Dichas dosis a órgano, fueron posteriormente comparadas con las reportados por el software comercial de cálculo de dosis QAELUM-DOSE. La calidad de imagen se evaluó mediante el valor promedio de número de CT (HU), ruido, SNR y CNR en 48 ROIs definidos entre las imágenes de los 3 protocolos estudiados y distribuidos entre los tejidos equivalentes que conforman al maniquí antropomórfico (tejido blando, hueso, pulmón, cerebro, cartílago, disco intervertebral, medula espinal y senos paranasales). Finalmente, se analizó la relación entre la calidad de imagen y la dosis en función del ruido, y mediante una función de mérito en función del SNR y la dosis a órgano. Resultados: Se generó un modelo de respuesta en energía de los TLD-100 para el rango de energías en la penumbra de los haces de CT relativas a 6MV. Mediante la separación de la carga generada en cada TLD correspondiente a cada una de las 3 adquisiciones que componen cada protocolo (topograma, sin contraste, con contraste), se estimó la dosis a órgano y se calculó la dosis efectiva para cada protocolo y variante de dosis. Se obtuvo una sobredosis a tiroide de las dosis medidas con TLDs, y una subestimación a tiroide en las reportadas por QAELUM, en los protocolos tórax-abdomen-pelvis y cerebro-cervical. En las variantes de baja de dosis de los protocolos, el topograma contribuye con un 17.76±5.80% a la dosis efectiva. Con respecto a la calidad de imagen, el ruido disminuye con el aumento de dosis, y los SNR y CNR aumentan con el aumento de dosis, para todos los ROIs independiente del tejido. La función de mérito muestra que únicamente para el tejido blando la relación calidad de imagen–dosis aumenta con el aumento de dosis. Conclusiones: Se calculo dosis a órgano y dosis efectiva para 3 protocolos de CT, y 3 variantes de dosis, de interés para la Clínica Alemana, las que se compararon con el software QAELUM. Se cuantifico la calidad de imagen de las imágenes de cada protocolo y variante, y se analizó en función de la dosis. Sería posible optimizar los protocolos analizados de tórax-abdomen-pelvis y cerebro-cervical para minimizar la dosis a tiroide, así como considerar otras opciones de topograma para protocolos de baja dosis. El software QAELUM sobreestimó la dosis en más del 1000% con respecto a las medidas en el cerebro y en general infraestimó la dosis para las variantes de alta y baja energía del protocolo 1 a tiroides y esófago en un 80% aproximadamente.
Estudio de la técnica de irradiación corporal total con arcoterapia volumétrica modulada (VMAT-TBI)
(2024) Alvear Vielma, Tomás Ignacio; Espinoza Bornscheuer, Ignacio Guillermo; Pontificia Universidad Católica de Chile. Instituto de Física
Este estudio implementa la técnica de irradiación corporal total (TBI) mediante terapia de arco volumétrico modulado (VMAT-TBI) y la compara con TBI convencional (cTBI) en un fantoma antropomórfico. Se planificó VMAT-TBI en Monaco 6.1 y se verificó con TLDs, mostrando mejor cobertura de PTV (90.3% vs. 68.9%) y menor dosis pulmonar media (9.4 Gy vs. 10.2 Gy) frente a cTBI, pero con mayor dosis máxima (17.8 Gy vs. 13.7 Gy) y tiempos prolongados. VMAT-TBI es una alternativa viable, aunque con desafíos técnicos y logísticos, destacando su precisión dosimétrica y potencial para protocolos personalizados.
Evolution of Chemical Patterns During Major Mergers
(2025) Jara Ferreira, Francisco Eduardo; Tissera, Patricia; Pontificia Universidad Católica de Chile. Instituto de Astrofísica
El estudio de la evolución química de las galaxias es clave para comprender su formación y desarrollo, especialmente en fusiones e interacciones. Estas afectan la composición química y estructura de las galaxias al inducir flujos de gas, estallidos de formación estelar y redistribución de elementos. En esta tesis, se analizan las poblaciones estelares en 12 simulaciones no cosmológicas con el código P-Gadget3, explorando diferentes modelos de Delay Time Distribution (DTD) para supernovas tipo Ia y condiciones iniciales (galaxias aisladas con y sin barra y una fusión masiva).El análisis del plano [Fe/H]–[O/Fe] revela una doble trayectoria en las simulaciones de galaxias fusionando, con loops formados en la interacción y en episodios tardíos de formación estelar. Los modelos DTD correspondientes a SD, DD y Pritchet muestran una evolución química más dinámica, mientras que el modelo Bimodal atenúa los loops. Adicionalmente, hemos probado métodos analíticos y filogenéticos para identificar huellas químicas de fusiones masivas, encontrando diferencias claras entre galaxias aisladas y fusionadas. Estos resultados sugieren la existencia de patrones químicos característicos de galaxias que han pasado por una fusión masiva, abriendo la posibilidad de la aplicación de este análisis en observaciones y simulaciones que incluyan cosmología.
Gravitation with Gauss bonnet in 3+1 using palatini formalism
(2025) Bennett Rebolledo, Daniela; Bañados Lira, Máximo; Pontificia Universidad Católica de Chile. Instituto de Física
A study was conducted on the Gauss-Bonnet term in gravitation within the Palatini framework. The study offers a different perspective when compared to the LeviCivita formalism on higher-order curvature terms. The inclusion of the GaussBonnet term allows us to explore its influence on the dynamics of spacetime and its potential contributions to the Einstein-Hilbert action with cosmologicalconstant and a spherically symmetric spacetime. A first-order perturbation analysis was conducted for the case of spherical symmetry, where non-trivial solutions dependent upon the Gauss-Bonnet term were found. On the other hand, in the cosmological case, it was noted that the Gauss-Bonnet term does not contribute towards first order solutions in the perturbation analysis. These results highlightthe potential of the Palatini approach to enrich our understanding of modified gravitational theories. The analysis shows that the Palatini approach to the GaussBonnet term introduces non-trivial modifications to field equations and exhibits the possibility of a symmetry of the Gauss-Bonnet term as Lagrangian density.
High-Cadence Stellar Variability Studies of Galactic RR Lyrae Stars with DECam
(2023) Baeza Villagra, Karina; Catelan, Márcio; Pontificia Universidad Católica de Chile. Facultad de Física
As part of the DECam Alliance for Transients (DECAT), a consortium of time- domain DECam programs, the DECam Deep Drilling Program (DDP) is being conducted at the Blanco 4m telescope, located at Cerro Tololo Inter-American Observatory, Chile. The DDP includes the DECaPS East field, situated in the Galactic bulge at coordinates (RA, DEC)(J2000) = (18:03:34, -29:32:02). We performed two nights of high-cadence, multi- band (griz) observations utilizing DECam. We obtained high-quality griz light curves for 1033 previously identified RR Lyrae stars. Subsequently, a robust Fourier decomposition analysis was con- ducted, generating well-defined, multi-band light curve templates for 143 RRab and 146 RRc stars. This process aimed to update and enhance the existing RR Lyrae star templates catalog. Therefore, our work is expected to broadly apply to the data acquired from the Vera C. Rubin Observatory’s Legacy Survey of Space and Time. Furthermore, we compared and analyzed the dependence of Fourier coef- ficients and other derived light curve parameters on the effective wavelength, providing valuable in-sights into the behavior and structure of RR Lyrae stars. Another significant contribution of this study was the construction of the Period- φ31-[Fe/H] relations, total-to-selective extinction ratios, and distances for each star in both the DECam and Sloan photometric systems. This information is crucial for investigating RR Lyrae stars and their role as tracers of Galactic structures. By combining these results, we better un- derstand the characteristics and morphology of their light curves, the chemical composition through studying their metallicities, and the spatial distribution of RR Lyrae stars within the Galactic bulge. This knowledge contributes to the overall effort of classifying and detecting variable stars.
In-depth Investigation of a Type II Cepheid in a Binary System
(2025) Oyarce Leal, María Laura; Catelan, Márcio; Pilecki, Bogumił; Pontificia Universidad Católica de Chile. Instituto de Astrofísica
Type II Cepheids are old, low-mass variable stars that are essential for mapping old stellar populations, thanks to their greater brightness compared to RR Lyrae. They play a key role in calibrating cosmic distances. OGLE-GD-T2CEP-0178, a type II Cepheid located in the Galactic disk, is part of an eclipsing binary system, which allows its mass to be directly measured and to study its evolutionary status.The main goal of this thesis was to determine the masses of OGLE-GD-T2CEP-0178 and its companion and to characterize the binary system. Spectroscopic data obtained with HARPS and photometric data from six surveys in different bands were used. Through light and radial velocity curves modeling with PHOEBE, the physical parameters of each component and the key orbital parameters of the system were derived.The results reveal that the binary system (P_orb=81.72 days) is composed of a type II Cepheid with a pulsation period of P_puls=3.833 days, a mass of M_ cep=1.16 +- 0.09 Msun and a radius of R_cep=14.12 +- 1.73 Rsun, along with a more massive companion of M_ comp=5.5 +- 0.3 Msun. The system also has a disk with a radius of R_disk=174 +- 42 Rsun. The complexity of the system suggests that some companion parameters could be underestimated.These results support the hypothesis that the current Cepheid underwent a past mass transfer event during which it lost part of its hydrogen envelope. As a consequence, the Cepheid's pulsation properties may have been affected. To confirm this scenario, a detailed binary evolution analysis must be performed to understand how mass transfer shaped the system's current configuration.

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